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ADN BACTERIANO

In document microbiologia y parasitologia tomo I.pdf (página 81-83)

La replicación del ADN cromosómico en las bacterias comienza en un sitio específico del cromosoma llamado locus ori, una región del ADN que se plantea está unida a la membra- na celular y procede bidireccionalmente desde el punto de origen hasta que el proceso se completa. Cuando la bacteria se divide por fisión binaria después de completada la replicación del ADN, los cromosomas replicados se dividen en cada una de las células hijas. Esas características de la replicación del ADN durante el crecimiento bacteriano cumple los reque- rimientos del material genético para ser reproducido perfectamente y ser heredado por cada célula hija en el momento de la división celular.

TRANSPOSONES

Son segmentos de ADN que pueden moverse de un sitio a otro en una molécula de ADN o a una molécula diferente de ADN. El proceso se denomina transposición y ocurre por un mecanismo que es independiente de la recombinación generalizada. Los transposones son elementos genéticos importantes ya que ellos causan mutaciones, mediadas por reordenamiento genómico, las cuales funcionan como regiones portátiles de homología genética y adquieren nuevos genes, así como contribuyen a su diseminación en las pobla- ciones bacterianas. La inserción de un transposón a menudo interrumpe la secuencia lineal de un gen y lo inactiva. Los transposones desempeñan su mayor rol causando supresiones, duplicaciones e inversiones de segmentos de ADN, así como fusiones entre los replicones. Los transposones no son elementos genéticos autorreplicables; sin embargo, deben inte- grarse en otro replicón para mantener la estabilidad en los genomas bacterianos.

La mayoría de los transposones comparten un número de rasgos comunes. Cada transposón codifica las funciones necesarias para su transposición, incluyendo la enzima transposasa que interactúa con secuencias específicas al final del transposón. Durante la transposición se duplica una secuencia corta del ADN blanco y el transposón se inserta directamente entre la secuencia repetida. La longitud de esta duplicación corta varía, pero es característica para cada transposón. Se han reconocido dos tipos de transposición. La excisión de un transposón a partir de un sitio donante seguido por su inserción en un sitio blanco, se denomina transposición no replicativa. Si el transposón se replica en un sitio donante y una copia se inserta en el sitio blanco, el proceso se nombra transposición replicativa. El proce- so de transposición replicativa puede involucrar la formación de una simple y cointegrada molécula circular de ADN que consta de dos replicones unidos con copias del transposón en una secuencia alternativa.

La mayoría de los transposones en las bacterias pueden ser separados dentro de tres clases principales. Secuencias de inserción y transposones afines relacionados comprenden la primera clase. Las secuencias de inserción son las más simples en estructura y codifican solamente las funciones necesarias para la transposición. La segunda clase de transposón comprende de la gran familia homóloga TnA. Todos los miembros de la familia codifican tanto para las funciones transposasa y resolvasa. Ejemplos bien conocidos de esta familia incluyen el transposón de resistencia a la ampicilina Tn3 y Tn1000 encontrados en el plásmido F. La familia TnA tiene un lugar importante en la historia de la microbiología médica. El desarro- llo de resistencia de alto nivel a la ampicilina en Haemophilus influenzae y Neisseria

gonorrhoeae durante la década de 1970, limitó severamente la utilidad de la ampicilina para

el tratamiento de la gonorrea y las infecciones por Haemophilus en áreas donde tales cepas se convirtieron en prevalentes, lo que fue causado por la diseminación de los determinantes de resistencia a la ampicilina de los transposones TnA en plásmidos de Enterobacteriaceae a plásmidos de Haemophilus y Neisseria.

La tercera clase de transposón consiste del bacteriófago Mu y fagos moderados relacio- nados. El genoma completo del fago funciona como un transposón y la replicación del ADN del fago ocurre por transposición vegetativa durante el crecimiento vegetativo. La integra- ción del profago puede ocurrir en diferentes sitios en el cromosoma bacteriano y a menudo causa mutaciones. Por esta razón Mu y otros fagos relacionados son llamados, en ocasio- nes, fagos mutantes.

Una cuarta clase de transposones, descubiertos en bacterias grampositivas y represen- tados por Tn917, consta de transposones conjugativos y que son completamente diferentes de los anteriormente descritos. Estos transposones no generan una duplicación de la se- cuencia blanco en la cual se insertan, y en las bacterias grampositivas, la cepa hospedero que porta el transposón puede actuar como un donante conjugante. La bacteria receptora no necesita estar estrechamente relacionada con la bacteria donadora. El transposón es extraído desde el cromosoma del donante y transmitido por conjugación al receptor, mientras se integra fortuitamente en el cromosoma. Tn917 codifica resistencia a la tetraciclina, pero otros transposones conjugativos mayores pueden codificar resistencia antibiótica adicional. Los transposones conjugativos parecen ser una de las mayores causas de diseminación de la resistencia a antibióticos en las bacterias grampositivas.

Las bacterias coleccionadas durante la era preantibiótica contenían muchos plásmidos, pero usualmente carecían de determinantes de resistencia. Muchos de los plásmidos R de aislamientos clínicos comunes pertenecen a los mismos grupos de incompatibilidad de los plásmidos encontrados previamente; pero ellos, además, determinan resistencia a múltiples antibióticos. La estrecha relación entre sus replicones proveen una fuerte evidencia de que muchos plásmidos R comunes evolucionaron de plásmidos viejos por adquisición de deter- minantes de resistencia. Algunos de los plásmidos de resistencia a múltiples antibióticos tienen transposones individuales con diferentes determinantes de resistencia; otros poseen transposones de resistencia múltiple situados en sitios separados y otros contienen transposones complejos de resistencia híbrida formados por integración de un transposón en otro.

El uso terapéutico de antibióticos y su incorporación en la alimentación animal propor- ciona ventajas selectivas para las bacterias con plásmidos R, mientras que la conjugación, la transformación y la transducción facilitan la vía para la diseminación de los plásmidos R en y entre las especies bacterianas. Después que un plásmido que porta un transposón es introducido en una nueva bacteria hospedera, el transposón y sus determinantes pueden saltar dentro del cromosoma o plásmidos nativos del nuevo hospedero. Por lo tanto, la estabilidad de la movilización del plásmido en un nuevo hospedero bacteriano no es esencial para la persistencia de los determinantes genéticos situados en un transposón.

PLÁSMIDOS

Los plásmidos son replicones que se mantienen como elementos genéticos distintos, extracromosómicos en las bacterias. Por lo general, son mucho más pequeños que el cromosoma bacteriano, codifican rasgos que no son esenciales para la viabilidad bacteriana y se replican independientemente del cromosoma. La mayoría son moléculas de doble cade- na de ADN, circular, aunque se han demostrado plásmidos lineales en Borrelia y Streptomyces. Los plásmidos estrechamente relacionados o idénticos han demostrado incompatibilidad; no pueden mantenerse de forma estable en la misma bacteria hospedero. La clasificación de los plásmidos está basada en la incompatibilidad o en el uso de ensayos específicos de ADN en pruebas de hibridización para identificar secuencias de nucleótidos que son característi- cos de replicones específicos de plásmidos. Algunos plásmidos hibridizados contienen más de un replicón.

Los plásmidos conjugativos codifican funciones que promueven la transferencia del plásmido de una bacteria donante a otra receptora, pero los plásmidos no conjugativos no lo hacen. Los plásmidos conjugativos que además promueven la transferencia del cromosoma bacteriano de una bacteria donante a otra receptora, se denominan plásmidos fértiles. Los grandes plásmidos (más de 40 kilobases de pares) son a menudo conjugativos, tienen un pequeño número de copias (de una a varias por cromosoma), codifican para todas las funcio- nes requeridas para su replicación y se reparten por sí mismos entre las células hijas durante la división celular de la misma forma que el cromosoma bacteriano. Los plásmidos más pequeños que 7,5 kilobases de pares son usualmente no conjugativos, tienen un alto número de copias (típicamente 10-20 por cromosoma), cuentan con su hospedero bacteriano y suministran algunas funciones requeridas para su replicación, además, son distribuidos al azar entre las células hijas durante la división celular.

Muchos plásmidos controlan propiedades médicamente importantes de bacterias patogénicas, incluyendo la resistencia a uno o varios antibióticos, producción de toxinas y síntesis de estructuras de la superficie celular requeridas para la adherencia o colonización. Los plásmidos que determinan resistencia a los antibióticos son a menudo llamados plásmidos R (o factores R). Ejemplos de toxinas codificadas por plásmidos incluyen: las enterotoxinas termolábiles y termoestables de E. coli, la toxina exfoliativa de Staphylococcus aureus y la toxina tetánica de Clostridium tetani. Algunos plásmidos están ocultos y no tienen efectos reconocibles sobre las células bacterianas que los hospedan. La comparación de perfiles de plásmidos es un método útil para medir la posible relación de aislamientos clínicos individua- les de una especie bacteriana particular para estudios epidemiológicos.

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